TP 4 - Try-IBD

Synthese von hyperpolarisierten Tryptophanmarkern zur Identifizierung des Tryptophanmetabolismus in-vitro und in-vivo

Kernspinresonanz (abgekürzt NMR nach englisch nuclear magnetic resonance) und Magnetresonanztomographie (MRT) gehören zu den erfolgreichsten Methoden in der Physik, Chemie, Biologie und Medizin. In den Life Sciences stellt magnetische Resonanz (MR) ein einzigartiges Werkzeug dar, um Einblicke in die Anatomie, Funktion und Metabolismus nichtinvasiv, in-vivo und in 3D zu gewinnen.
Obwohl MR sehr leistungsfähig und vielseitig ist, sind viele Anwendungen aktuell deshalb nicht möglich, weil das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu gering ist. Diese Anwendungen beinhalten das Echtzeitmonitoring von Metabolismus. Um diese Anwedungen zu ermöglichen benötigt es eine deutliche Erhöhung des SNR.
Das größte bekannte Reservoir an Signalverstärkung ist die Anordnung der Polarisierung (P) eines Kernspins. Im Equilibrium tragen bei Umgebungsbedingungen gerade einmal einige wenige Millionstel а aller Spins einer Probe oder eines Organismus effektiv zum MRT-Signal bei. Durch Erhöhung der Polarisation P wird eine 100.000-fache Signalverstärkungen in-vitro und in-vivo erreicht. Diese, Hyperpolarisation (HP) genannte, Methode hat völlig neue Anwendungen ermöglicht. Ein neuerliches Beispiel ist das in-vivo Monitoring von Krebsbehandlungen durch Messen des Metabolismus mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung (Aggarwal et al., 2015). HP hat das Potential die medizinische Diagnostik zu revolutionieren und könnte die Präzision der Darstellung krankheitsassoziierter molekularer Vorgänge, wie z.B. in chronisch entzündlichen Vorgängen wie CED, drastisch verbessern.
Eine Methodenfamilie der Generierung Hyperpolarisatioon basiert auf der spin order von Parawasserstoff (pH2). pH2 entspricht normalem Wasserstoffgas (H2) dessen Spins im sogenannten singlet state sind. pH2 kann in großen Mengen zu geringen Kosten hergestellt, gespeichert und bei Bedarf verwendet werden. Parawasserstoff induzierte Polarisation ist schnell, deutlich günstiger und ermöglicht zudem eine kontinuierliche Produktion von HP.
Das Ziel dieses Teilprojektes ist die Entwicklung günstiger Methoden zur Hyperpolarisierung von MRT-Molekülen zur in-vivo Analyse des Tryptophanmetabolismus als ein neues Diagnostisches Mittel bei CED. Basierend auf früheren Erkenntnissen über die Rolle des Tryptophanmetabolismus bei CED zielen wir spezifisch darauf ab hyperpolarisiertes Tryptophan und Nikotinamid zu produzieren und in-vivo zu applizieren.